SOLARBOI - سيارة روفر تعمل بالطاقة الشمسية من الجيل الرابع لاستكشاف العالم!: 3 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

منذ أن كنت صغيرًا ، كنت دائمًا أحب الاستكشاف. على مر السنين ، رأيت العديد من سيارات التحكم عن بعد التي يتم التحكم فيها عبر شبكة WiFi ، وبدت ممتعة بدرجة كافية. لكنني حلمت بالذهاب إلى أبعد من ذلك بكثير - الخروج إلى العالم الحقيقي ، بعيدًا عن حدود منزلي ، أو شارعي ، أو حتى ضاحيتي ، كنت أتوق إلى بناء روبوت يمكنه تجاوز ذلك الحد. للقيام بذلك ، قمت بجلد روبوت مزود بكاميرا واتصال بيانات 4G ونظام طاقة شمسية قادر على تمكين المهام لأيام أو أسابيع أو حتى أشهر. أقوم الآن ببث المهام الحية بانتظام على Twitch.tv ، ويقوم SOLARBOI بدوره في محاولة الذهاب إلى الريف الأسترالي أكثر من أي روبوت من قبل! هدف SOLARBOI هو أن تترك في بلدة ريفية أسترالية ، وتبحر في طريقها للخروج ، إلى الريف ، وإلى وجهات أخرى. لا يمكن أن تتلقى أي مساعدة خارجية في مهمتها ، وإلا فإنها تعتبر قد فشلت. يجب أن تشق طريقها ، كيلومترًا بعد كيلومتر ، على مدار أيام وأسابيع ، بالاعتماد فقط على الشمس لشحنها وشبكة 4G للعودة إلى القاعدة. في حين أن أساسيات المشروع تبدو سهلة ، إلا أن إخراجها صعب للغاية! يعمل هذا الدليل على شرح أساسيات كيفية عمل SOLARBOI ، وتقديم أفكار حول أفضل السبل لإنشاء منصة روبوت يمكنها البقاء في الهواء الطلق لأسابيع متتالية. إنه ليس دليلًا دقيقًا تفصيليًا حول كيفية إنشاء كتيب خاص بك ؛ بدلاً من ذلك ، إنها نقطة انطلاق يمكنك استخدامها لاستكشاف تصميماتك وتصميماتك.

الخطوة 1: الخطوة 1: الأجهزة

بادئ ذي بدء ، ستحتاج إلى هيكل لروبوتك. بينما كنت أجرب تصميمات المركبات الجوالة ثلاثية الأبعاد المطبوعة ، اخترت استخدام لعبة عزيزة من طفولتي. بدا راديو شاك راميناتور رائعًا ، بإطارات كبيرة ، ودفع رباعي ، ونظام تعليق يعمل خارج الصندوق. بينما تم تحسينه للسرعة على عزم الدوران ، قررت أن هذا سيكون جيدًا كأساس لمشروع العربة الجوالة الخاص بي. بعد تمزيق أجهزة RC من فئة الألعاب ، استبدلت محرك Hobbyking المصقول ESC للمحرك ، بينما أزلت إعداد التوجيه الأصلي واستبدله بمؤازرة قوية. تم تركيب بطاريات ليثيوم بوليمر لمنح SOLARBOI القدرة على القيادة لساعات في المرة الواحدة.

مع خروج الميكانيكيين عن الطريق ، فإن القيادة والتحكم هي الاعتبار الرئيسي التالي. لهذا ، استقرت على Raspberry Pi Zero. مصمم لامتصاص كمية صغيرة من الطاقة ، وهو متوافق مع أجهزة USB الطرفية ومثالي لمشروع متصل بالإنترنت. على سبيل المكافأة ، تعمل بشكل جيد مع كاميرا Raspberry Pi الطرفية ، وهي مفتاح لإعطائنا رؤية لمحيط الروبوت عندما نكون في الميدان. اخترت عدسة كاميرا عين السمكة لـ SOLARBOI ، مما يمنحنا رؤية واسعة لطيفة للمساعدة في التنقل في العالم بأسره. للاتصال بقاعدة المنزل ، نعتمد على دونجل 4G ، والذي يمنحنا النطاق الترددي العالي الذي نحتاجه لإرسال الأوامر إلى الروبوت واستقبال الفيديو مرة أخرى.

الطاقة الشمسية هي مفتاح مهمة SOLARBOI ، ومن هنا جاءت تسميتها. تم تركيب لوح شمسي بقدرة 20 وات لتحقيق أقصى استفادة من أشعة الشمس ، حتى في الأيام الملبدة بالغيوم أكثر من المشمس. يتم استخدامه لشحن البطاريات خلال النهار ، بحيث يمكن لـ SOLARBOI القيادة ليلاً ، بعيدًا عن أعين المتطفلين والمتطفلين الخبيثين. من الواضح ، حتى مع تشغيل Pi Zero منخفض الطاقة ، لا يمكننا تركه يعمل بالكامل في المرة الأخرى التي نستنزف فيها البطاريات بسرعة كبيرة. وبالتالي ، يحتاج Pi إلى إيقاف التشغيل معظم الوقت ، ولكن يتم تشغيله على فترات منتظمة للإبلاغ عن موقع SOLARBOI ، والسماح لنا بتسجيل الدخول وقيادة الروبوت عندما نرغب. لتحقيق ذلك ، يقوم Arduino Pro Micro بتشغيل برنامج خاص يقوم بتشغيل SOLARBOI لمدة 5 دقائق الأولى من كل ساعة. إذا قمنا بتسجيل الدخول إلى الروبوت من Mission Control ، فسيظل قيد التشغيل ، مما يسمح لنا بتنفيذ المهمة. إذا لم يكتشف أي اتصال ، فإنه يعيد تشغيل Raspberry Pi لتوفير الطاقة وتحقيق أقصى استفادة من الطاقة الشمسية المتاحة. يتم استخدام GPS أيضًا للتأكد من أن Mission Control على دراية دائمًا بموقع SOLARBOI. القيادة في الريف في جوف الليل ، قد يكون من الصعب جدًا التنقل باستخدام الإشارات المرئية وحدها. وبالتالي ، يتيح لنا نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) الحفاظ على إصلاح موقع الروبوت والوصول إلى أهدافنا في عمق أستراليا الإقليمية.

الخطوة 2: الخطوة 2: البرنامج

من الواضح أن امتلاك عربة جوالة أمر جيد وجيد ، لكنها تحتاج إلى برنامج لجعلها تعمل. برنامج SOLARBOI قيد التطوير المستمر ، مما يتيح أداءً أفضل ويحسن سهولة الاستخدام بمرور الوقت.

تستخدم العربة الجوالة Raspbian ، نظام التشغيل الافتراضي لجهاز Raspberry Pi Zero. يعمل التحكم في المهمة على نظام Windows. يتسبب هذا في بعض المشكلات المتعلقة بضرورة تثبيت العديد من أدوات Linux المساعدة بشكل خاص في Mission Control. في النهاية ، ومع ذلك ، فقد سمح لنا هذا الإعداد بقيادة العديد من الكيلومترات الناجحة باستخدام SOLARBOI ، ويقوم بالمهمة بشكل جيد. يتم بث الفيديو من الروبوت إلى Mission Control عبر Gstreamer. من الصعب استخدامه ، ولم يتم توثيقه جيدًا للمبتدئين. ومع ذلك ، فإنه يمكننا من الحصول على دفق صوت وفيديو منخفض زمن الوصول من الروبوت ، وهو أمر جيد بما يكفي للقيادة دون مشاكل كثيرة. يحدث التسرب بالفعل ، وهناك بعض التأخير ، ولكن عندما تقوم ببناء الروبوتات الأولى في العالم لاستكشاف الريف ، فإنك تحقق أقصى استفادة مما لديك! يتم البث في H264 الأصلي من كاميرا Raspberry Pi ، لتجنب وضع الكثير من الحمل على Pi Zero عن طريق تحويل الشفرة بسرعة. يتم التحكم في الروبوت عن طريق كود Python المخصص ، مع بنية الخادم / العميل. باستخدام مكتبات مثل PiGPIO و Servoblaster ، يمكننا بسهولة التحكم في نظام محرك الروبوت والوظائف الأخرى في الوقت الفعلي. التثبيت سهل ، بفضل نظام Raspberry Pi البيئي المتطور.

نستخدم مجموعة متنوعة من المكتبات في Python لعرض القياس عن بُعد على الشاشة. الأهم هو MatPlotLib ، الذي يرسم الرسوم البيانية للبطارية لدينا في Mission Control والتي تمكننا من مراقبة أداء SOLARBOI أثناء مهمة حية.

الخطوة 3: الخطوة 3: الأشياء التي تتعلمها فقط في الميدان

لا توجد خطة تنجو من أول اتصال مع العدو ، كما يقولون. بهذه الطريقة ، خضعت SOLARBOI للعديد من التجارب في محاولاتها للتنقل إلى صندوق هاتف قديم الطراز في أعماق منطقة نيو ساوث ويلز الريفية. هذه دروس لا يمكن تعلمها في كثير من الأحيان إلا في الميدان ، وتلك الدروس التي تعلمناها بالطريقة الصعبة ، فالخفاء هو الشغل الشاغل. إذا برز الروبوت عن محيطه ، يمكن للمارة العثور عليه بسهولة أثناء الشحن أثناء النهار. نظرًا لصغر حجم ووزن المنصة ، يمكن بسهولة سرقة SOLARBOI أو تدميرها ، وبالتالي تفشل مهمتها. هذه مخاطرة نتحملها في كل مرة ننتشر فيها في البرية. للتخفيف من ذلك ، تم طلاء SOLARBOI بلون أخضر باهت في محاولة للاندماج. العثور على مساحة آمنة للشحن مع الكثير من ضوء الشمس ولكن الحد الأدنى من الرؤية يمثل تحديًا مستمرًا. على الرغم من أوراق اعتماد SOLARBOI القوية للطرق الوعرة ، إلا أنها غير قادرة على التغلب على كل عقبة في طريقها. واجهتنا مشكلات في الماضي عندما نعلق على الصخور ، أو نتحطم في الأشجار الصغيرة. في معظم الأحيان ، يرجع ذلك إلى الكاميرا ذات مجال الرؤية الضعيف ، ومستويات الإضاءة المنخفضة في الليل ، والتعب الشديد من جانب المشغل. تهدف ترقياتنا لمصابيح أمامية وعدسات عين السمكة إلى تجنب هذه المشكلة في المستقبل. التقدم البطيء والثابت ، بدلاً من السرعة الكاملة ، هو أيضًا شعار جيد للعيش به لتجنب الاصطدام بالأشياء عند القيادة مع تأخير فيديو يصل إلى 500 مللي ثانية ، فمجرد النشر في البلد يجلب مشاكله الخاصة. هذا يعني أن أجهزة SOLARBOI يجب أن تكون في حالة جيدة ، خشية أن تذهب رحلة لعدة ساعات إلى منطقة النشر سدى. لقد كلفنا هذا الكثير من الوقود والوقت في المهام السابقة ، وهو أمر نعتزم تجنبه باختبارات صارمة في المستقبل. ومع ذلك ، فإنه شيء يجب مراعاته عند نشر روبوت بعيدًا ، وأخيرًا ، فإن المرافق الجيدة في Mission Control أمر لا بد منه. يجب أن يكون الكافيين في متناول اليد للحفاظ على الطاقم في حالة من اليقظة واليقظة ، وكذلك الماء للحفاظ على الترطيب المناسب. يعد القياس عن بُعد الواضح والحديث مفيدًا أيضًا في تشخيص المشكلات بسرعة ، كما أن تغذية الفيديو بزمن انتقال منخفض خالية من المتسربين هي الأفضل للقيادة السلسة في البرية الأسترالية ، كما يتيح هذا للسائق تحقيق أقصى استفادة من سرعة SOLARBOI ، عند الضرورة ، لتفادي السيارات المارة ، أو الحياة البرية ، أو شاكلتون القط ، الذي التقينا به في المهمة 1. بشكل عام ، لدى SOLARBOI الكثير لتقطعه في المهمات المستقبلية ، ومن الناحية المثالية ، ستقضي عدة أشهر في هذا المجال لاستكشاف بعيد وواسع. لمتابعة رحلة SOLARBOI ، تابع على Twitch.tv و Youtube ، واستمتع بالمهام أدناه! كما هو الحال دائمًا ، سيكون هناك المزيد من المغامرات القادمة حيث تتطور SOLARBOI وتسافر بعيدًا عن المنزل!